水闸过流能力及稳定计算

水工 专业 涵闸 部分 第 卷 第 分册 水闸过流能力及结构计算

计 算 说 明 书

审 查 校 核 计 算

***市水利电力勘测设计院 2011 年 08 月 29日

I

1、水闸过流能力复核计算

水闸的过流能力计算对于平底闸，当为堰流时，根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录A.0.1规定的水力计算公式：

Qsmb2gH02

Qbh'H0hcc232g2

10.1711b0b04 bsbs式中：B0—— 闸孔总净宽，（m）；

Q——过闸流量，（m3/s）；

H0——计入行进流速水头的堰上水深，（m）； hs——由堰顶算起的下游水深，（m）； g——重力加速度，采用9.81，（m/s2）； m——堰流流量系数，采用0.385； ε——堰流侧收缩系数； b0——闸孔净宽，（m）；

bs——上游河道一半水深处的深度，（m）； b——箱涵过水断面的宽度，m； hc进口断面处的水深，m；

s——淹没系数，按自由出流考虑，采用1.0；

——流速系数，采用0.95；

设计下泄流量过水断侧收缩上游总过流断面淹没流速流量Q 系数m 面宽度b 系数ε 水头H0 水深hc 系数σs 系数φ 5.2 0.385 2.0 0.912 4.76 1.412 1 0.95 已知过闸流量Q=5.2（m3/s）先假设箱涵过流断面净宽确定箱涵过流断面高度，经试算得：

综上，过流断面尺寸为2.5m×2.0m（宽×高），设计下泄流量Q为5.2m3/s，过流能力满足要求。

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2、结构计算

**堤防洪闸均为钢筋砼箱涵结构，对防洪闸进行抗滑稳定、抗倾覆稳定和墙基应力计算。

（1）抗滑稳定计 1）计算工况及荷载组合

工况一：施工完建期，荷载组合为自重+土压力

工况二：外河设计洪水位，荷载组合为自重+土压力+扬压力+相应的闸前闸后静水压力+风浪压力

2）荷载计算

计算中砼强度等级为C20，钢筋采用Ⅰ、Ⅱ级，保护层厚度梁25mm、板20mm，符号规定：力向下为正，向上为负，力矩逆时针为正，顺时针为负。

闸门重 2.352×9.81=23.07 KN； 闸底板重 25×4.0×0.7×4.1=287 KN； 闸墩重 25×0.8×4×2*2=320 KN；

平台板，梁 25×（0.25×0.45×2+1.05×0.15）×2.5=23.91 KN； 柱 25×2.82×0.4×0.4×4=45.12 KN； 启闭力 -100 KN；

启闭机重 0.56×9.81=5.49 KN；

启闭梁 25×（0.3×0.5+0.25×0.4+1.35×0.12）×2×3.5=72.1 KN； 工作桥 25×（5.9×0.12+0.2×0.25×3）×2.0=42.9 KN；

25×（6.28×0.13×2×0.13+1.2×0.15×5×0.15）×2=34.73 KN； 启闭房砖墙 22×0.864×4.1×4=311.73 KN；

∑自重 =23.07+287+320+23.91+45.12-100+5.49+72.1+38.815+340

=1016.98KN；

水重 10×2.0×2.0×2.5=100 KN；

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浪压力计算 v vo 15 22.5 Tm Lm 0.96156 11.35 hz Hk D Hm H HK 11.35 4.77 4.77 0.0887477 hm hp(插入法） Lm 0.046945 0.084502 1.428988 Pl深水波（kN/m) Pl浅水波 ps(kpa) H≥Hk H≥Lm/2 深水波 H≤Lm/2 浅水波 0.015851 0.084563 3.539856 2.348207 0.00011 由表可知浪压力为2.35 KN；

土压力计算 Ht Φt 2.3 17.5 ε 27 δ 7 β 0 γt 19.6 Ka 0.74 Fa 38.49

有表可知土压力为38.49 KN；

闸前静水压力 （27.7+47.7）×2/2×2.5=188.5 KN； 离截面形心距离 e=

222.774.77=0.91 2.774.773扬压力 0.5×2×10×2×2.5=-50KN；

计算工况荷载汇总(对闸室基底面形心求矩)

外力名称 竖直力（KN) 水平力（KN） 自重 932.26 上下游水重 100 上游水压力 188.5 下游水压力 内河设计洪水位 扬压力 -50 土压力 19.245 33.33 风压力 浪压力 2.35 合计 1001.5 224.18 3）抗滑稳定计算公式 Kc工况 力矩（KN.m) 竖直力 水平力 101.54 -100 171.83 33.3 -86.60 26.67 4.7 -51.73 203.2 fGHKc

式中：Kc——为抗滑稳定安全系数；

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Kc——规范要求的抗滑稳定安全系数最小值；

G——作用在防洪闸上的全部垂直力总和 ；

H——作用在防洪闸上的全部水平力总和；

f——闸室基底面与地基之间的摩擦系数，取0.4 4）计算结果

工况一：G=951.5 KN；

Kc=

H=33.33 KN； H=224.18 KN

0.4951.5=11.41＞1.2 满足要求；

33.33工况二：G=1001.5 KN；

Kc=

0.41001.5=1.78＞1.2 满足要求。

224.18（2）闸基底应力计算

各防洪闸基础均坐落在砂卵石上，其闸基底压应力按下式计算

max PminGM

AWｍａｘｍｉｎ

式中： P——为闸室基底应力最大和最小压值；

——地质资料提供的基础允许承载力；

∑G——作用在闸室上的全部竖直荷载（包括闸室基底上的扬压力在内，KN）； ∑M——作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩（KN.m）；

A——闸室基底面的面积（m2）；

W——闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3） 工况一：G=951.5 KN

M=41.60 KN

A=4.1×4=16.4m2 W=1/6×4.1×42=28.7 m3

pmax=

951.5541.60=59.47 KN＜400 KN；满足要求 16.428.7951.541.60pmin==56.57 KN＜400 KN；满足要求

16.428.7Pmax59.47=1.05＜2.0 满足要求 Pmin56.574

工况二：G=1001.5 KN M=151.47 KN

A=4.1×4=16.4 m2 W=1/6×4.1×42=28.7m3

pmax=

1001.5151.47=66.35＜300 满足要求 16.428.71001.5151.47pmin==55.79＜300 满足要求 16.428.7Pmax66.35=1.19＜2.0 满足要求。 Pmin55.795